鐵白銅焊接工藝方法試驗(yàn)

程曉翀

摘 要：對(duì)鐵白銅管材對(duì)接接頭焊接工藝方法的試驗(yàn)研究，完成試驗(yàn)任務(wù)書的技術(shù)性能指標(biāo)并編制“BFe10-1-1鐵白銅管材焊接工藝規(guī)程”，為船舶焊接質(zhì)量提供可靠的保證。

關(guān)鍵詞：鐵白銅；焊接性；焊接工藝規(guī)程

一、鐵白銅焊接工藝試驗(yàn)焊接性分析

鐵白銅的導(dǎo)熱性在20℃時(shí)比碳鋼大5～8倍，在1000℃時(shí)大11倍多，因此，熱量能迅速傳導(dǎo)出去，使母材難以熔化，填充金屬與母材不能很好地熔合，并且容易產(chǎn)生未焊透的現(xiàn)象。鐵白銅不但導(dǎo)熱快，使接頭受熱面積大，而且線膨脹系數(shù)也大，液態(tài)凝固時(shí)收縮率也大，因此焊接時(shí)易產(chǎn)生變形，對(duì)于剛性大的工件還將產(chǎn)生大的應(yīng)力，甚至?xí)馃崃鸭y或應(yīng)力腐蝕開裂。鐵白銅處于液態(tài)時(shí)能溶解大量的氫氣，在凝固和冷卻過(guò)程中溶解度大大減少，當(dāng)焊縫金屬冷卻時(shí)，過(guò)剩的氫來(lái)不及析出，就會(huì)形成氣孔。另外，鐵白銅在高溫時(shí)，也強(qiáng)烈吸收O2和CO，氧在鐵白銅中存在的形式是Cu2O，在焊縫開始結(jié)晶時(shí)，它與H2、CO反應(yīng)，使其還原生成不溶解于鐵白銅的水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w，當(dāng)焊縫金屬冷卻時(shí)為能全部逸出，也會(huì)形成氣孔。所以，防止氣孔的重要途徑是減少氫、氧的來(lái)源和脫氧，而預(yù)熱緩冷有利于防止氣孔的產(chǎn)生。焊接鐵白銅時(shí)，焊縫金屬容易形成粗大的樹枝狀結(jié)晶，同時(shí)焊縫金屬中的合金元素或雜質(zhì)在晶界上偏析，以及Cu2O與Cu形成低熔點(diǎn)共晶分布在晶界上，嚴(yán)重地削弱了銅在高溫時(shí)的晶間結(jié)合力，在較大的焊接收縮應(yīng)力作用下，易在焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生熱裂紋。

二、鐵白銅焊接工藝方法篩選試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)篩選確定的焊接工藝方法，為保證通海系統(tǒng)鐵白銅管道的焊接質(zhì)量，從實(shí)現(xiàn)手工鎢極氬弧焊內(nèi)填絲單面焊雙面成形焊接工藝要求（主要是裝配間隙c和鈍邊e）的焊接可達(dá)性著手，考慮焊槍噴嘴口徑、鎢極伸出長(zhǎng)度等因素，同時(shí)考慮焊接收縮量的影響及填充焊縫的手工鎢極氬弧焊填絲和手工電弧焊的焊接可達(dá)性（主要是坡口面角度θ），分別采用由220 m～11 mm鐵白銅管和340 mm×16 m鐵白銅管進(jìn)行了大量焊接試驗(yàn)，確定鐵白銅管對(duì)接接頭的坡口形式和尺寸。

1.坡口面角度θ試驗(yàn)

以V形坡口面角度θ=30°±5°為基礎(chǔ)，考慮到焊槍噴嘴尺寸、

鎢極伸出長(zhǎng)度和銅鎳合金焊條鐵水浸潤(rùn)性較差，并考慮裝配間隙c等因素，逐步將坡口面角度增大到θ=35°并最終確定為θ=37.5°。

2.鈍邊e試驗(yàn)

e值比較小時(shí)（例如e=0±0.5mm），坡口兩側(cè)鈍邊與用來(lái)焊接定位焊縫的定位塊接觸面積比較小，鐵白銅屈服強(qiáng)度比較低，會(huì)導(dǎo)致鈍邊被接頭橫向收縮應(yīng)力擠壓變形，使得接頭裝配間隙C橫向收縮而變得更小，鎢極氬弧焊內(nèi)填絲單面焊雙面成形工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)；所以，為了保證接頭裝配間隙，保證實(shí)現(xiàn)根部焊縫鎢極氬弧焊內(nèi)填絲單面焊雙面成形，我們以e=0±0.5 mm為基礎(chǔ)，將鈍邊逐步增大到e=1±0.5 mm，再增大到e=1.5±0.5 mm最終確定為e=

1.5-0.5+0.2 mm。

3.裝配間隙c試驗(yàn)

根據(jù)焊絲直徑為Φ=1.6 mm，以鎢極氬弧焊內(nèi)填絲單面焊雙面

成形焊接工藝所需要的裝配間隙為基礎(chǔ)，經(jīng)試驗(yàn)，將c值定為3-0.5 mm。鐵白銅管對(duì)接接頭裝配時(shí)，由于其屈服強(qiáng)度比較低、線膨脹系數(shù)又比低碳鋼約大50%左右，焊接時(shí)很容易產(chǎn)生橫向收縮變形，使得裝配間隙變小，甚至變?yōu)?。所以，在管對(duì)接接頭進(jìn)行裝配時(shí)，為保證根部打底焊縫的焊接質(zhì)量，保證在焊接打底焊縫時(shí)的裝配間隙c值在規(guī)定的范圍內(nèi)，需借助定位塊來(lái)焊接定位焊縫。

上述坡口尺寸要素是保證鐵白銅管對(duì)接接頭鎢極氬弧焊內(nèi)填絲單面捍雙面成型打底焊縫焊接質(zhì)量的基本條件。

鐵白銅管采用手工鎢極氬弧焊焊接時(shí)，所采用的焊接工藝參數(shù)與奧氏體不銹鋼、低碳鋼及低合會(huì)鋼有許多不同；同時(shí)，對(duì)于不同規(guī)格的鐵白銅管材，其手工鎢極氬弧焊的焊接工藝參數(shù)也有所不同。

（1）預(yù)熱及道間溫度：鐵白銅管進(jìn)行鎢極氬弧焊打底焊和填充焊時(shí)，都不需預(yù)熱；焊接時(shí)為防止焊縫表面氧化、防止焊縫出現(xiàn)氣孔，保證焊縫性能，需控制道間溫度在120℃以下。

（2）焊接電流：鐵白銅管進(jìn)行鎢極氬弧焊打底焊和填充焊時(shí)，所需的焊接電流都要比同規(guī)格的奧氏體不銹鋼管大一倍左右，對(duì)不同規(guī)格的鐵白銅管材，由于工件規(guī)格不同，散熱快慢不同，所需焊接電流也相差很大。

（3）氬氣流量及純度：為了保證單面焊雙面成型打底焊縫和填充焊縫的表面質(zhì)量和防止焊縫中產(chǎn)生氣孔，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定鎢極氬弧焊時(shí)采用的保護(hù)氣體為高純氬氣（純度≥99.999%）。

鐵白銅管材焊接工藝試驗(yàn)確定的內(nèi)填絲鎢極氬弧焊單面焊雙面成形工藝具有先進(jìn)性和合理性，該工藝與手工電弧焊焊接工藝組合能夠滿足施工需求。

參考文獻(xiàn)：

英若采.熔焊原理及金屬材料焊接.機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

（作者單位 遼寧省盤錦市北方工業(yè)學(xué)校）